UNIVERSITE D’ALGER Faculté de Médecine et de Médecine Dentaire ZIANIA (Château Neuf)

Structure de l'ADN

&

Polymorphisme

COURS DE GENETIQUE -2014-2015-

L’ADN est:

• Un Acide désoxyribonucléique ;

• Un Polymère (une longue molécule) contenant des chaines de monomère ;

• Ces monomères sont des Nucléotides

L’ADN : l’acide désoxyribonucléique

nucléotide

Chaque nucléotide est une molécule formé de

3 parties:

1. Sucre : le désoxyribose :glucide simple à 5

carbones 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ pour ne pas les confondre avec les atomes des bases- l’emplacement de liaison

2. Base azotée : molécule complexe à

structure cyclique à base d’azote et de carbone ;

-Les bases puriques monocycliques : C, G ; -Les bases pyrimidiques 2 hétérocycles : A,T 3. Groupement phosphaté PO4 lié au

carbone 5’ du sucre (Nucléoside : libre sans phosphate)

• Les nucléotides sont reliés par le biais du phosphate alfa, donc le PO4 en 5’ d’un nucléotide forme une liaison avec le carbone 3’ du nucléotide suivant.

• Cette liaison est appelée 3’- 5’ phospho- di- ester C-0-P.

• La chaine poly nucléotide d’ADN possède un 5’ triphosphate libre à une extrémité appelée extrémité 5’et un groupe 3’ hydroxyle libre à l’autre extrémité appelé extrémité 3’.

• Ainsi l’ADN a une polarité et on parle de sens

5’—3’ et 3’—5’.

• La séquence qui code l’information génétique est toujours dans le sens 5’—3’ (sens dans le quel les enzymes polymérases copient l’ADN).

L’ADN : l’acide désoxyribonucléique

• La Double Hélice : l’ADN est formé de 2 chaines enroulées l’une autour de l’autre pour former une double hélice. La partie sucre- phosphate constituant le squelette est située à l’extérieur de l’hélice, les bases azotées se trouvent au centre.

forme de l’ADN

• La double hélice effectue un tour toutes les 10 paires de bases;

• la distance entre bases

sur l’axe est 3,4 A°; • Un tour fait 34A°, • le diamètre de l’hélice

est de 20A°(2nm). (1A=0.1nm).

Forme de l’ADN

• 1/ complémentarité :

les deux chaines des la double hélice sont

complémentaires, l’espacement entre les deux hélices est tel qu’à chaque fois une base purine interagit avec une base pyrimidique, ces bases contractent des liaisons hydrogènes de faible

énergie qui aident à stabiliser la double hélice.

Propriétés de la molécule d’ADN

Guanine et cytosine sont liés par 3 liaisons hydrogène:

Propriétés de la molécule d’ADN : Complémentarité

Adénine et thymine sont liés par 2 liaisons hydrogène:

• Chaque brin d’ADN est orienté selon ses extrémités (5’phosphate, 3’ hydroxyle) les deux brins ont des orientations antiparallèles afin que les bases puissent s’associer correctement par les liaisons hydrogène.

Propriétés de la molécule d’ADN- 2/ Antiparallélisme

les liaisons hydrogène qui

assemblent les bases sont de

faible énergie, il est possible

de les couper et séparer ainsi

les deux brins avec

l’application de la chaleur à

60° à 90°C.

Propriétés de la molécule d’ADN -3/dénaturation et hybridation

La température de fusion de l’ADN : C’est une température, appelée également température de demi dénaturation (Tm) qui correspond à l’ouverture ou au déroulement de 50% de la chaîne de l’ADN chauffé. C'est l'effet hyperchromique qui correspond à la rupture des liaisons hydrogènes (liaisons faibles energie ) et la séparation des 2 chaînes entraîne une augmentation dans l'absorption d'U.V de 40% à 260 nm. La valeur de Tm des ADN est une fonction linéaire du pourcentage de (G + C) de l'ADN :

il existe 3 structures classiques des doubles brins d’ADN, la forme A rarement observée, la forme B la plus courante et la forme Z observée quelque fois, les deux formes A et B sont composées d’hélice droite emmêlée en torsade par contre la forme Z est composée d’hélice en zigzag. Pour la forme courante, l’enchainement des groupements phosphatés crée deux sillons ou s’exercent les interactions entre les protéines et

l’ADN.

Propriétés de la molécule d’ADN - 4/formation de sillon

Petit sillon présente deux groupements accepteurs de la liaison pour les deux paires A – T et C- G, il permet l’attache des histones.

Grand sillon est tapissé aussi d’atomes qui peuvent interagir avec des composants extérieurs aux acides nucléiques comme les nucléases, les enzymes de destruction, les facteurs de transcription, les polymérases…

Propriétés de la molécule d’ADN - 4/formation de sillon

Le chromosome est le support de l’information

génétique, il contient en moyenne 6000 million de

bases d’ADN soit une longueur d’environ 1,8 à 2m

contenue dans un noyau de 6ɥm de diamètre, alors

que la taille du chromosome est de 0,2 à 2ɥm.

Les chromosomes résultent de ce fait d’une compaction

maximum des filaments inter phasiques.

L’ADN chromosomique étalé est environ 8000 fois plus

Long que le chromosome lui-même.

Structure des chromosomes

La compaction de la molécule d’ADN -chromosomique associé aux histones passe par différents niveaux d’empaquetage.

• Un assemblage de 8 histones, 2 fois (H2a, H2b, H3, H4) autour du quel s’enroule une portion d’ADN de 146 pb, le tout forme le Nucléosome : unité structurale de base de la chromatine.

• Cet assemblage est répété indéfiniment et a l’aspect de chapelet de perle de 11nm d’épaisseur.

• Grâce aux histones H1 ce Chapelet de nucléosome se comprime en format une super hélice de 30nm de diamètre.

Structure des chromosomes-compaction

• Cette super hélice s’organise-t-elle même en boucles d’environ 300nm de longueur le long d’une armature constituée en grande partie par la topo isomérase II (non histone, enzyme capable de couper les deux brins d’ADN)

• Rôle: Enzyme a un rôle architectural et intervient dans le relâchement des super tours de la chromatine lors de réplication. Les boucles sont attachées à l’armature au niveau de régions particulières de l’ADN appelées SAR( Scaffoid attachement région) riche en adénine et thymine

• Le complexe « boucle + armature » s’enroule en une spirale plus au moins serrée selon le stade du cycle cellulaire.

• L’interphase : la spirale est relâchés, les chromosomes ne peuvent pas être distingués car ils sont étirés et emmêlés ressemblant à une pelote de laine.

• La division cellulaire : la spirale se condense encore plus pour atteindre 700nm, un degré maximum de compaction de chromosomes sont visibles.

Structure des chromosomes-compaction

Le génome, ou l’information génétique, est

l’ensemble des séquences nucléotidiques qui

constituent l’ADN d’une cellule.

Le génome humain est constitué de 3Mpb

contenant seulement 50 000 à 100 000 gènes (ADN

codant) très dispersés par des séquences inter géniques.

Les gènes et les séquences liées représentent

environ 25% de l’ADN, le reste est dit ADN extra génique

qui n’a pas de fonction connue (ADN non codant).

ADN codant et ADN non- codant

L’ADN hautement répété : ces séquences

représentent 10% à 15 % du génome humain, elles sont souvent inactives sur le plan transcriptionnel, elles représentent deux types d’organisations :

1. ADN répété en tandem.

2. ADN répétitif dispersé.

Polymorphisme

Blocs ou séries des séquences d’ADN répétées en

tandem, selon la taille moyenne des blocs des

séquences répétées non codantes on distingue trois

sous groupes. ATTCGATTCGATTCG

• a)ADN microsatellite (simple séquence repeats (SSR))

• b)ADN mini satellite

• C)ADN Satellite

-ADN répété en tandem :

- nombre de paires de bases entre (1 à 4 pb).

- répétées en tandem et dispersées dans tout le génome humain (pas de localisation précise). simple sequence repeats (SSR), short tandem repeats (STR) ou variable number tandem repeats (VNTR).

– STR (Short Tandem Repearts)

– VNDR( Variation Number of Nucleotide Repearts)

- nombre de répétitions ne dépasse pas une 40.

- Rôle : utilisées comme marqueurs génétique

- en médecine légale ; identifier des cellules d'un donneur lors du suivi d'une greffe de moelle; Ils ne peuvent être utilisés en test de paternité en raison de leur grande instabilité lors de la méiose.

a)ADN microsatellite :

Constitué de séries de séquences de longueur modérée de

répétitions en tandem dispersé sur des proportions

considérables du génome .

• Mini satellites hypervariables sont organisés en plus de 1000 régions de longueur de 0,1 à 20 Kb(20 000pb) de courtes répétitions en tandem.

• Sont retrouvées généralement prés des télomères. Les unités de répétitions partagent une séquence centrale commune. GGGCAGGAXG Ou X représente n’importe quel nucléotide.

• Rôle : elles sont utilisées comme empreintes génétiques (médecine légale, test de paternité, VNTR).

b)ADN mini satellite (1) :

• Au niveau des télomères 10 à 15 Kb d’unité répétées

en tandem d’exa-nucléotides TTAGGG ajoutées par la

télomérase, dont la fonction des télomères repose

directement sur ces simples répétitions, en agissant

comme tampon et protègent les extrémités de

chromosomes de la dégradation et permettent la

réplication des télomères.

b)ADN mini satellite(2) :

• localisé prés du centromère, donc localisé en des points

précis du génome et différent d’une espèce à une autre ce

sont des séquences arrangées en longue série de répétitions

en tandem de 100 000 à 500 000 Pb,

• Représente 3 à 5% de L’ADN de chaque chromosome . • Sont extrêmement variables en quantité, taille d’unité (> ou

=100Kb), séquences.

• Exemple : satellite B, Famille Sau 3 A, taille des unités répétées 68 Pb, localisation hetrochromatine centromérique des chro 1,9,13,14,15,21,22 et Y.

C)ADN Satellite :

a) Les SINES :Short Interspersed Nucléotide éléments, c’est des

séquences courtes répétées de taille moyenne de 500 pb à

70000 copies très largement dans le génome y compris dans

les introns (non codant)de certain gènes.

• Exemple :Sines famille Alu environ 900 000 copies, riches en

CG, localisées dans les bandes R( régions les plus actives

transcriptionnellement , longueur moyenne des séquences est

de 280 Pb. elles sont retrouvées dans les introns et par fois

dans les séquences non traduites.

• Hétéro-chromatine ou eu-chromatine

2)ADN répétitif dispersé :

• b ) Les LINES : Long Interspersed Nucléotides éléments,

Similaires au SINES mais en plus longs 6000 à 7000 p b.

L’exemple le plus connu est le Line 1 ou L1 de 60000 à

100000 Répétitions (copies) de 6500pb et très dispersé

dans le génome est un rétro élément (capable de ce

déplacer au sein du génome par transposition).

• Les éléments LINES sont localisés dans les régions

eu-chromatiques ( bandes G)

2)ADN répétitif dispersé :

300 000 copies, issu de

transposition de certains

gènes d’un chromosome

entier ou une partie vers

une autre partie du

génome

(L’hémophilie : le gène

reçois un transposon).

3)Transposons

vue d’ensemble des différentes catégories d’ADN répète

Polymorphisme

ADN répétitif dispersé ADN répété en tandem

Micro-

S SATELLITE

Mini-

S

SINES LINES

TT LE GENOME

TELOMERES

PRES /CENTROMR

ES INTRON

TT LE GENOME

1- 4 PB 100-20 000 PB

100 000- 500 000PB

5000PB 6000-

7000PB

transposant

• Gènes de structure: codant un polypeptide qui possède des fonctions enzymatiques ou structurales et qui est nécessaire pour le métabolisme normal et la croissance d’une cellule ou d’un organisme. Protéine de transport

• Gènes de régulation : dont la fonction primaire est de contrôler le taux de synthèse de produits d’un ou de plusieurs gènes.

• Pseudo gènes : ce sont des gènes modifiés (copies de gènes) qui ne peuvent plus être transcrits en ARNm et traduits en protéines.

Les différents types de gènes

• Familles multi géniques : ensembles de gènes

organisés en groupe, peuvent même se trouver

sur des chromosomes différents.

• Famille multi génique complexe : les gènes sont

semblables mais pas identiques, ex. famille

globine qui codent une série de polypeptides, les

globines α β et gamma qui différent seulement

par un petit nombre d’AA.

Les différents types de gènes